通信原理课程简介

2020/5/5
29
2020/5/5
30
如人们每天都要接触和使用种类繁多的 通信系统（手机/移动通信、互联网/计算机网络、广播、 电视、卫星、雷达、微波等。），其提供的各种服务 可以帮助人们有效地获取与利用各种信息资 源，从而可以沟通彼此感情、处理日常事务、 取得事业进步与了解世界发展，通信系统已 成为人们生活中不可缺少的组成部分。
• 15世纪，德国人古登堡发明的印刷机加速了过去 人类创造的智慧的普及和传播；
• 贝尔的电话彻底改变了人们的生活方式，让不在 一处人们可以即时地交换信息。 但是处理能力、存储能力、通信能力今后取 得的进展、带来的将是一场规模空前的信息革命， 它会让你感到相比之下，之前的几次在信息革命 的历史中是多么不起眼的事件。
基本要素。当前，人类社会已进入信息社 会，这是继农业革命、工业革命之后的又 一次改变人类社会进程的伟大时代。信息 革命，可把人类的智力生产能力大大延伸； 信息革命，推进人们智慧与知识的分享， 改变了人类的生活方式，使人们幸福。
2020/5/5
28
符号、文字、图片、 数据、活动图像、语
音等
• 现代信息社会的主要特征是，信息已成 为一种重要的社会资源，只有通过广泛 的传播与交流，才能产生价值。信息是 人类生存及社会进步的重要推动力。信 息的开发和利用（信息化）已成为社会 生产力发展的重要标志。
• 此外，数字通信技术的发展，在通信系统中用 到了数字信号处理的技术，如语音与视频信号 编码中的应用，使得数字信号处理也成为通信 专业的技术基础。
2020/5/5
19
• 作为通原课程，还应包含通信系统设备方面的 内容，主要有同步和信道复用，在数字通信系 统中，只有接收信号与发送信号同步或者信号 间建立相同时间关系，接收端才能解调和识别 信号。
低 频 电 子 线 路
数 字 电 路
高 频 电 子 线 路
随数 机字 信信 号号 分处 析理
学习过程就像是一个增量调制过程
通信原理的“左邻右舍”关系示图
2020/5/5
5
《现代通信原理》的“右舍”
• 在通信原理之后是专业课，可以进一步 学习通信系统的设计或现代通信某一方 面的理论或技术。要设计或制造通信系统，了解
2020/5/5
31
现代通信系统起着信息传输和交换（信 息的流通）的作用，其已成为当今社会和经 济生活的“神经系统”。是人类信息交互的 重要工具，在信息社会中可视为信息产业的 生命线。
2020/5/5
32
通信发展史简介
既然通信的发展代表着人类社会的文明和进步， 因此我们有必要了解通信技术的过去和现在，并 了解其未来的发展方向。
2020/5/5
33
自人类出现以来，在其生存斗争中总要进行思想 交流和消息的传递。
如远古时代的人类用表情和动作进行信息的交 换，这是最原始的通信。动作这一方式一直保留到 现今，如交警的指挥手语 ，航海旗语。
在漫长的生活中，人类创造了语言和文字（书 信），进而用语言和文字进行消息的传递。如飞鸽 传信，驿马邮递（统治者为发布政令，急件贴有鸡 毛快马加鞭传递）
方式：烽火、狼烟、消息树、孔明灯、金鼓宣战等
方式可以在较远的距离之间及时地完成消息的传送 。
美丽的海滨城市烟台，就是古代著名的烽烟之台。
举烽烟为信号，或御海寇，或防海难。
临潼骊山烽火台。“烽火戏諸侯，一笑失天下”
千古教訓。
2020/5/5
36
2020/5/5
《史记•周本纪》载： “幽王举烽火征兵，兵 莫至，遂杀幽王骊山 下。”
你和中学生的区别并不在于你能写出匹 配滤波器的冲激响应，而在于你的大脑思考 过一些他无法理解的事情。这就是人和人的 差别。
一年之计在于春，同学们，请规划好自
己的增量过程吧。
通信系统及其发展
• 信息与现代通信系统 • 通信发展史简介 • 通信发展展望
信息与现代通信系统
• 物质、能量和信息是构成当今社会的三大
编码理论与通信结合形成了两个方向：信源 编码与信道编码。数字通信技术的应用，大大促
进了编码理论的发展。在通原课程中，将详细的 讨论信源与信道编码。
主要理论体系---调制理论
• 调制理论可划分为线性调制与非线性调制， 区别在于是否改变调制信号的频谱结构。 安排在在模拟和数字通信章节中。
2020/5/5
大学学习的价值并不在于你在n年之后确 实需要用到某个具体的公式，而是大学学习带 给你的训练。无论你选修的是《通信原理》还 是《木匠原理》，它们带给你的首要价值是对 一些问题的思考。有机会去真正的思考一些问 题，这才是有价值的事情。
不同的课程使你见识到不同的问题，从而 学会了用不同的思考方式和观察视角。这些会 融合到你大脑的算法当中，使你的头脑进化出 更强大的分析问题和解决问题的能力，而不是 简单地把一些知识暂存在大脑的硬盘上。
临潼骊山烽火台
37
但上述信息传递方式仍依靠的是人的视 觉与听觉，无法完成较远两地间的及时准 确的消息传递。
2020/5/5
38
目前长距离通信方式由以人力、机械 方式传递消息，如邮政系统，各种物流系 统；
还有以电（电流，无线电，光波）传递 消息的电信，如中国电信、移动、联通等 运营商的各种业务。
通信发展中的重要事件
《通信原理》课程及通信系统 发展简介
✓课程简介 ✓通信系统及其发展
2020/5/5
2
课程简介
《现代通信原理》后简称《通信原理》 阐述现代通信及其系统如何有效的传输信 息的基本理论、技术与分析方法。它是现 代信息社会中，从事许多重要专业工作所 必须掌握的基础。如从事信息及通信系统 及设备设计、制造与研究工作等。
2020/5/5
13
• 学习通原，首先要了解系统的使用环境，即信道。 信道中存在噪声与干扰，对噪声与干扰的研究产 生了随机过程理论。对信号的分析实际上就是对 一个随机过程或者是一个随机变量的分析。在通 原课程中的信号检测中，会用到很多随机过程的
知识，通信系统将随机过程的数学理论与通信信 号相结合产生了通信与信息类专业的另一门技术 基础课，随机信号分析或称随机信号处理。
2020/5/5
40
2020/5/5
41
1799 年Volta发明电源以来，人们尝试用电技术进行通信，用电 信号作为信息的载体，人类的通信开始脱离对视觉、听觉的依 赖，传说中的顺风耳、千里眼都成为了现实，进入了现代通信 时代。 1837年Morse发明了利用电信号的通信方式——有线电报系统。
1876年贝尔（A.G.Bell）利用电磁感应的原理发明电话机。 1864年麦克斯韦（Maxwell）（英国）预言了电磁波辐射的存 在。 1887年赫兹（Hertz）通过实验证明了这一预言，这为现代无线 电技术提供了理论依据。 1901年，马可尼（Marconi）首次跨大西洋传输无线电信号。 （从英国的康沃尔到加拿大的纽芬兰长达3540km的无线电跨 洋通信）
信道复用是为了提高通信效率，是安排多 个用户的信号通过同一信道的一种信号安排。 使得不同用户的话音、图像等消息能同时通过 同一电缆，同一频段，或同一时间。
2020/5/5
20
参考书目
• 樊昌信《通信原理》国防工业出版社 • 图书馆 根据樊昌信《通信原理》所编写的
各种辅导书或考研指导书
成绩评定
• 平时（作业完成情况、课堂测验，到课情 况）
原理是必要的，但只知道原理是不够的，还必须熟悉硬 件（电路，微波）与软件（系统软件与嵌入式软件）设 计。
2020/5/5
6
通信原理
信 号 与 系
统
信 息 论
低 频 电 子 线 路
数 字 电 路
高 频 电 子 线 路
数 随字 机信 过号 程处
理
卫星通信，微 波通信，移动 通信，短距离 无线通信等各 种无线通信系
（2）适合于特定信道的传输并充分利用信道资源 的信号波形，如波形的中心频率、带宽及功率与 能量等；
（3）有效抑制噪声与其他干扰以保障传输质量。 （4）具体可行并尽量简单的技术方法，如发送端
产生波形与接收端检测波形的实现方法；
（5）系统的成本。
2020/5/5
12
• 通信系统用单位时间内传输信息量的多少来衡 量一个通信系统的效率，即有效性。如何度量 该性能？产生了信息论，用比特作为通信系统 传送信息的单位。信息论已成为一门独立的学 科，对信息论的研究产生了不少对通信系统有 价值的结论、定理、定律，很多成为设计通信 系统与进行通信技术的研究指南，它能告诉工 程师们关于通信系统的性能极限，在本课程的 学习中，有多处要用到信息论的结论与定理。
码分复用）、信道编码技术（汉明码，循环码）、 信源编码技术（PCM ，ADPCM、△ M）、调制技 术（高斯最小频移键控GFSK，QAM，OFDM等）。
通信原理的课程内容是在通信技术的发 展过程中逐渐形成的，下图描述了通信原理 的课程内容及与其他课程（主要是技术基础 课）的关系。
2020/5/5
10
17
主要理论体系---信号检测理论
• 接收端将数字调制信号与载波信号分开， 还原数码的过程称之为信号检测。关于数 字信号的检测分为加性高斯白噪声信道中 的信号检测和衰落信道中信号的检测。
• 对于通信系统中信号的分析经常要涉及到时域 和频域的描述，对系统的分析要涉及到线性和 非线性系统，这样就产生了分析信号与系统的 一整套理论，是理解和分析通信系统的基础， 也是独立的课程---信号与系统。
消息与信源
语音
度
图像
量
字符
信道与 AWGN信道
频带与电波 传播
信
编
调
道
码
制
噪
检
声
测
通信系统及通信网络
复 用
通 信
系
同 步
统 设 备
基 础 知 识
需求
2020/5/5
信息论
信号与系统
数字信号处理
随机信号分析
主要理论
环境
锁相技术
系统
电路、计算机、 软件和微波
11
Βιβλιοθήκη Baidu
该课程中主要考虑的主要问题包括：
（1）能够高效地携带信息的信号形式；
统
学习过程就像是一个增量调制过程
通信原理的“左邻右舍”关系示图
2020/5/5
7
《现代通信原理》课程的主要内容和知识点可 以概括为以下几句话：
八个字，两个主体，三个方面， 两个域，两种工具，几种技术。
2020/5/5
8
八个字：调制、解调、编码、译码；
两个主体：信号与噪声；
三个方面：信源、信道与信宿或发送、传输与接收； 两个域：时域分析与频域分析； 两种工具：matlab、Systemview； 几种技术：多路复用技术（频分复用，时分复 用，
2020/5/5
14
通信原理的主要理论体系
通信技术的发展，特别在20世纪中叶以来
形成了通信原理的主要理论体系：
编码理论 调制理论 检测理论
2020/5/5
15
主要理论体系---编码理论
编码已成为一个学科分支，可以从数学理论 方面研究，但在通信工程领域，编码是一种技术， 是要能用硬件或软件实现的，在数学上可以存在 很多码，只有能在通信系统中生成和识别的码才 能被应用。
2020/5/5
3
《现代通信原理》课程的“左邻”
《现代通信原理》属于信息与通信类专 业的专业基础课，处于技术基础课与专业课
之间，与技术基础课有密切关系：如信息论， 随机信号分析，信号与系统，数字信号处理， 低频电子线路，高频电子线路，数字电路。
2020/5/5
4
通信原理
信 号 与 系
统
信 息 论
• 实验 • 期末
学习方法
• 提前预习，及时回顾与本课程相关知识， 如信号系统中相关定理。
• 理解老师每堂课的重点难点和典型例题 • 及时完成作业并发现自己的问题及时解决。
联系方式
•
教师：李慧贞
•
办公室：实验楼2A408
•
电话：029-86168633
•
email:lihuizhen@sust.edu.cn
2020/5/5
42
• 1902年，美国人巴纳特史特波斐德进行了第一次试 验性无线电广播并取得了成功。
• 1906年，真空三极电子管出现并首先应用于通信。 同年，美国物理学家费森登正式主持了人类历史上第 一次无线电广播。
• 1928年，贝尔德用短波从伦敦向纽约传送了一幅人 像，实现了人类历史第一次使图像越过大西洋的梦想。 传送静止图像被称为传真技术。
• 1953年大西洋海缆铺设。（可提供36路电话）
成都的旅游胜地、水果之乡龙泉驿。就是位于 龙泉山的古代驿站，以利官衙公文的传递。
2020/5/5
34
河北鸡鸣驿，建于元代
2020/5/5
35
中国历史上周幽王烽火嬉诸侯，烽 火是非常原始的光通信，而且是最 简单的二进制数字通信，它利用光 信号的有无来表示‘’敌情“。
电信号出现以前，人们还创造了许多消息的传递